Факультет

Студентам

Посетителям

Гипотезы и теории существования ледников

Еще в первой половине XIX в. наблюдения над геологической деятельностью современных ледников и изменениями их границ привели некоторых ученых к мысли о возможности существования в древности обширных ледниковых покровов.

Эти ледники скорее всего занимали не только возвышенные, горные районы, но широко распространялись и на низменности. Однако приблизительно до середины XIX в. большинство геологов и естествоиспытателей придерживались взглядов, изложенных английским ученым Ч. Лайелем. Сущность этой гипотезы заключалась в том, что в древние эпохи предполагалось значительно более широкое, чем нынешнее, распространение морей, а валуны и прочий каменный материал переносились льдинами и даже айсбергами. Концепция получила название дрифтовой (от английского слова drift — «относить течением») и была возведена в ранг ведущей геологической теории.

Сама по себе транспортировка камней, песка и глины на льдинах существовала во все временa и существует сегодня. Но для того чтобы объяснить происхождение и разнос валунов да еще формирование многометровых толщ, содержащих каменный материал, требовалось представить распространение древних морей на огромные пространства. Не только прибрежные низины, но и равнины, возвышенности, имеющие высоты до нескольких сот метров над уровнем моря, должны были покрываться холодными морями. Но тогда возникало множество вопросов: чем же были обусловлены такие подъемы уровня Мирового океана? Почему в отложениях нет признаков, характерных для морских осадков? Где были берега, а значит, сейчас следы границ древних морей?

Одновременно с возникновением этих противоречий умножались фактические данные об оледенениях гор. Появилась возможность сопоставить результаты деятельности горно-долинных ледников и обнаруженные на равнинах следы сходной геологической деятельности. Ученые уже знали, что современные ледники могут иметь мощности в десятки и сотни метров и занимать обширные площади. Однако для того, чтобы представить территории целых государств, погребенных покровным ледником, требовалась большая научная смелость.

Во второй половине XIX в. в Европе была сформулирована теория материковых оледенений, в разработке которой большую роль сыграли научные идеи русских ученых Г. Е. Щуровского и Ф. Б. Шмидта. Выдающееся значение имели оригинальные материалы и теоретические представления П. А. Кропоткина, которого по праву называют отцом ледниковой теории. «Исследования о ледниковом периоде» — так называлась изданная в 1876 г. монография П. А. Кропоткина, содержащая анализ полевых наблюдений для территории северо-запада России и научное обоснование теории покровных оледенений. В 1865—1866 гг. П. А. Кропоткин и Ф. Б. Шмидт уже публично излагали свои гипотезы существования древних материковый оледенений на территории Русской равнины, но при этом не отрицали полностью возможности разноса материала льдинами и айсбергами.

Для территории Средней Европы основополагающими явились работы шведского ученого О. Торелля. 1875 г. О. Торелль на заседании Германского геологического общества сообщил, что, по его наблюдениям, граница скандинавского оледенения может быть проведена в соответствии с рассеиванием валунов, имеющих также преимущественно скандинавское происхождение.

Анализируя распространение идей о покровном оледенении, Р. Флинт (1963 г.) указывает, что в Америке развитие ледниковой теории связано с работами переехавшего туда в 1846 г. швейцарского исследователя Ж. Л. Агассиса.

Чтобы представить себе истинное значение происшедших изменений ведущих геологических концепций, нужно учесть, что от времени публикации работ Ч. Лайеля в 1830—1833 гг. до появления основных трудов Ф. Б. Шмидта, О. Торелля, П. А. Кропоткина прошло 40 лет. За эти четыре десятилетия одна из концепций — дрифтовая перешла в категорию гипотез, а противоположная заняла главенствующее положение.

В начале нынешнего века большинство геологов уже не только приняли теорию покровных ледников, но и насчитывали не одно оледенение, а несколько. Представления о неоднократном возникновении покровных ледников, сформулированные в русской геологии П. А. Кропоткиным, были затем разработаны в трудах А. П. Павлова, Н. М. Сибирцева, В. Н. Сукачева и др. Согласно этим взглядам, в течение последнего геологического периода в Северной Америке и на севере Евразии холодные. ледниковые эпохи несколько раз сменялись теплыми — межледниковыми, а Ледники соответственно то разрастались, to деградировали.

В научных представлениях о возникновении ледников, их неоднократности и образовании связанных с ними форм рельефа долгое время господствовали идеи немецких исследователей А. Пенка и Э. Брюкнера. Изучение ледников в предгорьях Альп обусловило создание так называемой классической схемы, согласно которой/было четыре основных ледниковых эпохи: гюнц, миндель, рисе, вюрм. Эти наименования произошли от названий соответствующих рек в предгорьях Альп. Самыми древними считались отложения, относящиеся к ледниковому комплексу гюнц.

Для территории Северной Америки установлено существование четырех самостоятельных оледенений: небрасского, канзасского, иллинойского, висконсинского.

Формы и типы ледникового рельефа, их генезис (происхождение), классификация, смены стадий развития оледенения — эти и многие другие вопросы четвертичной геологии были разработаны К. К. Марковым. Они вошли в книгу И. П. Герасимова и К. К. Маркова «Ледниковый период на территории СССР» (1939), в которой была убедительно обоснована схема трехкратного возникновения оледенений на Русской равнине.

Характерно, что с течением времени возникли и продолжают возникать более дробные и сложные, так называемые полигляциалистические схемы, предполагающие существование 5—6 и более оледенений. Существуют и «моногляциалистические» представления, предусматривающие только одно оледенение.

В последние десятилетия на основе анализа многочисленных материалов по геологическим разрезам и скважинам, результатов геофизических исследований, изучения форм рельефа, дешифрирования аэрофотоснимков ледниковых и сопредельных районов и применения абсолютной геохронологии значительно уточнились представления о форме, размерах и продолжительности существования древних ледниковых щитов. В настоящее время проведены фундаментальные исследования в областях современного оледенения Земли, и в первую очередь в Антарктиде. Данные о строении, толщине, возрасте Антарктического и Гренландского ледниковых щитов послужили основой для сопоставления с древними ледниковыми покровами и их реконструкций. Начали создаваться модели древних ледников, учитывающие не только их параметры, но и тепловые и климатические режимы. Согласно реконструкциям, ледники, возникающие во время днепровского и валдайского оледенений, представляли собой ледниковые щиты, имеющие огромные мощности и гигантские размеры. Так, по данным П. С. Воронова, высота Днепровского ледникового щита могла составлять 3800 м, а максимальная высота превышала 4000 м.

Мощность льдов во время максимума последнего оледенения оценивается от 2650 до 3750 м, и, по мнению большинства исследователей, она составляла около 3000 м. Ледниковые щиты отличались асимметрией: юго-восточные склоны щитов были более пологими, чем северо-западные.

Размеры Лаврентьевского ледникового щита (североамериканского) по площади в несколько раз превышали ледниковый покров Европы, достигая 12 млн. кв. км — почти вся северная часть материка от Атлантического океана до Тихого была занята покровом льда. Его средняя толщина была около 2000 м, а наибольшая превышала 3000 м. Приведенные реконструкции составлены главным образом на основе данных о площадных размерах ледников и соотношении площади и толщины льдов, определяемом законами растекания льда.

Покровный ледник нужно понимать как динамичную систему, включающую центры ледниковых покровов, о которых мы говорили, ледниковые щиты мощностью в несколько тысяч метров в областях зарождения и периферические части — гигантские Ледники с мощностью льда в несколько сот метров с выступающими ледниковыми языками (лопастями). Основной рост и накопление массы ледника на севере Европы происходил на севере — северо-западе Скандинавии — ледниковый щит как бы тянулся к питанию, а основной расход — растекание, формирование периферийного покрова — был устремлен в южном направлении. Так, В. М. Котляков и А. Н. Кренке подчеркивают, что «морфология ледников сильно зависит от климатических условий; повсюду оледенение в целом смещено (!) в сторону климатических фронтов… а свободная ото льда суша находится далее всего от них, пусть даже и далеко к северу (например, Земля Пири на севере Гренландии)».

Во время максимума последнего оледенения происходило смещение (миграция) центра Скандинавского ледникового щита в сторону Ботнического залива.

Палеогеографы и палеогляциологи сравнительно легко оперируют такими величинами, как сотни метров мощности, километры высоты, сотни километров расстояний. Необходима большая смелость и широта географического кругозора, чтобы охватить, представить и описать грандиозные ледники древности. Характерно, что приведенные цифры и построения получены при изучении геологических следов ледников: горизонтов морен, форм рельефа, образований, имеющих мощности и размеры в десятки, редко сотни метров, т. е. на порядок-два меньше, чем реконструируемые объекты.

Накопление массы ледника происходило первоначально в сравнительно небольшом районе. В дальнейшем ледниковый покров выходил за границы этого района, и начиналось наступание ледника.

Скорости движения покрова были разными, существенное влияние оказывал рельеф местности, по которой двигался ледник. Быстро заполнялись льдом котловины морских заливов и озер, по низинам и долинам крупных рек ледниковый покров продвигался далеко на юг, образуя выступающие (выводные) языки, их формирование обусловливалось рельефом коренных пород.

Возвышенности, сложенные достаточно прочными породами, были естественными барьерами или ледоразделами, они разделяли ледниковый покров на отдельные лопасти. Таким образом, с удалением от района зарождения ледниковый покров дифференцировался, и вследствие этого граница его распространения имела неровные очертания.

Всегда говорят, что ледник двигался. Как же это происходило? Совершался непрерывный круговорот льда, т. е. во многие сотни раз замедленный круговорот воды, по схеме: «снег — фирн —лед — вынос льда к периферии — таяние». Чтобы лучше понять и представить себе это движение, можно привести результаты наблюдений за движением льдов в современной Антарктиде.

Перенос льда происходит путем его движения от центра к краям щита, главным образом в выводных ледниках. Существуют расчеты, показывающие, что полный влагооборот в Антарктике может произойти лишь за многие тысячи лет. По расчету П. А. Шумского, движение льда даже от внешней границы центральной области Антарктиды (с радиусом 1400 км) до края покрова длится более 10 тыс. лет.

Скорость течения льда в Антарктиде различна: на выводных ледниках скорости возрастают к краю до 400—500 и даже 1000—1200 м/год; на разделяющих участках, наоборот, уменьшаются до 100 м/год. Общий вывод заключается в том, что при отсутствии видимой дифференциации течения скорость движения ледника у края колеблется в пределах 120—400 м/год. Она зависит от нескольких факторов, и в первую очередь от температур льда по всей толще и на контакте с ложем. Повышение температуры льда ледников изменяет их режим, причем сильно возрастает скорость течения льда и соответственно уменьшается толщина льда. Теоретически показано, что в центральных частях ледниковых щитов основание льда под влиянием собственной тяжести и потока тепла из недр Земли имеет температуры, близкие к точке плавления.

В настоящее время считается доказанным, что в центральных районах Антарктиды есть крупные подледные озера; в буровой скважине, пробуренной американскими исследователями до ложа ледника, появилась вода и установилась на уровне 60 м от ложа. Обычно вода вытесняется к краю ледника, где снова замерзает.

Возвращаясь к древним покровным ледникам, можно отметить, что существуют расчеты, согласно которым при скорости движения около 100 м/год должно было пройти 10 тыс. лет, чтобы ледник продвинулся на 1000 км за пределы области зарождения. По теоретическим расчетам Вертмана, трансгрессивная фаза оледенения (т. е. наступания ледника) была значительно длиннее регрессивной (отступания).

Ледник двигался, преодолевая небольшие возвышенности, долины, склоны — словом, его путь был далеко не ровным. Считается, что подледный рельеф слабо отражался на поверхности льда, если неровности этого рельефа не превышали одной трети мощности ледникового покрова; а поскольку в краевой зоне европейских ледниковых щитов возвышенности достигали 100—150 м, мощности льда составляли 500 и более метров, то и характер поверхности ледника существенно не изменялся. Иной была картина в районах с более контрастным рельефом. Ледник при движении огибал, например, скальные массивы северо-западной части Карелии, где лед должен был «вписываться» в жесткие рамки коренных пород.

Постепенно вырабатывались понятия о последовательном разрушении ледниковых покровов, возникновении в заключительные периоды существования ледников обширных зон мертвого льда, который не двигался, а медленно таял, разрушался на месте, образуя многочисленные холмы, озера и другие формы рельефа. Ледник не просто разрастался, наступал или сокращался, в его продвижении выделяют периоды, или циклы, — длительные состояния, которые в свою очередь делятся на фазы наступания или отступания.

Отмечаются осцилляции — состояния ледника, при которых происходило колебание края льда — смена кратковременных наступаний и отступаний.

Нынешние споры идут уже не о существовании или отсутствии древних ледников, уточняются число и размеры ледниковых покровов, направления их движений, время возникновения, продолжительность существования, сроки и скорости отступания, время нового наступания, длительность накопления льда и т. д. Хронологии ледникового века посвящены тысячи книг и статей, геологических схем и таблиц. Р. Флинт в предисловии к своей книге отмечает, что список использованной литературы (866 названий) весьма далек от того, чтобы быть полным…

Общая теория покровного оледенения имеет много самостоятельных аспектов. Изучаются проблемы ледникового литогенеза — процесса образования осадочных пород в результате деятельности ледников. Изучаются формы ледникового рельефа и механизмы их возникновения, размеры и форма древних ледниковых щитов, их влияние на поверхность земли. Большой раздел составляют исследования межледниковых — теплых — периодов. Однако главенствующей остается проблема причин оледенений, их первоначального импульса, а следовательно, выяснение одной из основных закономерностей истории развития Земли.

Современные аналоги древним ледниковым щитам есть, но далеко не полные. Крупнейшие современные покровные ледники — Гренландский и Антарктический — окружены со всех сторон морями, а древний ледник двигался по суше. Другая трудность реконструкций заключается в том, что мало исходных данных о древнем климате, особенно о количестве осадков и т. д., поэтому получается задача со многими неизвестными.

Исследователи пришли к выводу, что «ледники являются относительно простыми геофизическими объектами. Поэтому вряд ли что-либо существенное в древнем оледенении могло происходить совсем не так, как это наблюдается сейчас, хотя, несомненно, многое могло быть и не совсем так».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: